DE400598C - Schaufelung fuer Dampf- oder Gasturbinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Dampf- oder Gasturbine und in erster Linie die Verschaufelung für den Niederdruckteil, bei welcher der Austrittswinkel klein, der Austrittsquerschnitt groß und die Schaufelgeschwindigkeit hoch sind, wodurch der Nutzeffekt der Schaufeln und die Leistungsfähigkeit zur Bewältigung großer Dampfmengen gesteigert wird.

Gemäß der Erfindung enthält die Verschaufelung der letzten Stufe der mehrstufigen Dampf- oder Gasturbine, durch welche das Treibmittel in gleicher Hauptrichtung fließt, einen Kranz von Schaufeln, denen das Treibmittel in der gleichen Hauptrichtung zuströmt wie den vorhergehenden Stufen, und die so gestaltet sind, daß das Treibmittel ganz oder teilweise in einer davon verschiedenen Richtung, also bei Achsialturbinen radial und bei Radialturbinen achsial, abströmt.

Hierdurch können große Niederdruckdampfmengen bewältigt und gleichzeitig doch verhältnismäßig· kleine Austrittswinkel, wie sie für einen guten Nutzeffekt der Schaufeln nötig sind, erreicht werden.

Die Laufschaufeln gemäß der Erfindung werden breit im Verhältnis zur Schaufelhöhe und lassen den Dampf bei Achsialturbinen ir* achsialer Richtung eintreten, aber am Umfang oder am Umfang und achsial wieder austreten.

Der Umfangsaustritt ist deshalb vorteilhaft, weil der Rückdruck des Dampfes auf die ; Schaufeln da zur Geltung kommt, wo die wirkliche Geschwindigkeit größer ist als die mittlere Geschwindigkeit der üblichen achsialen Turbinenschaufel. Hierdurch ergibt sich eine Umwandlung eines größeren Teiles der kinetischen Energie in nutzbringende Arbeit.

Die Zeichnung zeigt den Niederdruckteil einer Turbine gemäß der Erfindung in verschiedenen Ausführungsformen.

Abb. ι ist ein senkrechter Schnitt durch diesen Niederdruckteil mit der neuen Beschaufelung.

Abb. 2 ist eine schaubildliche Einzeldarstellung einer Schaufel.

Abb. 3 und 4 sind Schnitte nach den Linien IH-III und IV-IV in Abb. 1.

Abb. 5 ist ein Schnitt einer etwas abgeänderten Ausführungsform des letzten Schaufelkranzes in Verbindung mit einem Rückwärtsturbinenabschnitt.

Abb. 6 ist ein entsprechender Schnitt mit einer abgeänderten Form des Rückwärtsturbinenabschnittes.

Abb. 7 und 8 sind schaubildliche Einzeldarstellungen des Rückwärtsturbinenabschnittes von Abb. 6.

Abb. 9 ist ein Schnitt nach der Linie IX-IX in den Abb. 5 oder 6. 1

Abb. 10 ist schematische Darstellung einer weiteren Ausführung der Erfindung, während Abb. 11 schematisch die Anwendung der

neuen Verschaufelung an einer Radialturbine erläutert.

In der Abb. ι ist io ein Turbinenläufer, der in einem Zylinder 11,12 gelagert ist, der S bei 13 den Dampfauslaß hat. Das Treibmittel (Dampf oder Gas), das in der üblichen Weise zugeführt wird, wird in den Turbinenstufen expandiert und geht durch den Auslaß 13 in einen nicht dargestellten Kondensator. Doch könnte die Verschaufelung auch bei einer Auspuffturbine benutzt werden.

Abb. ι zeigt eine Mehrzahl aufeinanderfolgend angeordneter Stufen 13', 14, 15 und 16_; von denen die erste Stufe 13' den Dampf empfängt, welcher in dem nicht dargestellten Hochdruckteil der Turbine expandiert wurde, während die Stufe 16 den Dampf in die letzte Niederdruckstufe abgibt, welche aus einem feststehenden Leitschaufelkranz 17, und einem Kranz verhältnismäßig breiter Laufschaufeln des Läufers 10 besteht. Während die Stufen 13', 14, 15 und 16 als Überdruckstufen dargestellt sind, können sie naturgemäß auch als Druckstufen ausgebildet sein. In der Regel werden achsial beaufschlagte Überdruckstufen angewendet, bis die Grenze der Sicherheit gegen Fliehkraftbeanspruchungen des letzten Laufschaufelkranzes erreicht ist, der noch Austrittswinkel hat, die genügend klein sind, um einen guten Wirkungsgrad der Schaufeln zu ergeben. Dieser Gruppe von Schaufelkränzen oder Stufen folgt dann der Kranz der breiten Schaufeln gemäß der Erfindung, der große Dampfmengen bewältigen kann. In den letzten Laufschaufelkranz der breiten Schaufeln 18 tritt der Dampf achsial ein und am Umfang oder am Umfang und seitlich aus. Es ist augenscheinlich, daß der Umfangsaustritt die Äustrittsquerschnittfläche erheblich zu vergrößern gestattet, unter der I Möglichkeit der Beibehaltung kleiner Austrittswinkel, da man die Schaufeln entsprechend breit machen kann. Die Schaufeln können irgendeine geeignete Form haben, um den Austritt des Dampfes, wie oben erwähnt, j mit einer guten Rückwirkung auf die Schaufeln zu sichern.

Die Abb. 1 bis 4 zeigen gekrümmte Schaufeln 18, die sowohl in radialer, achsialer und sowohl radialer als auch achsialer Richtung gekrümmt sind. Hieraus ergeben sich schalenförmige Schaufeln, welche den Dampf in achsialer Richtung zwischen den im großen ganzen radialen Eintrittskanten 19 empfangen. Der Dampf dehnt sich zwischen den Schaufeln aus und tritt sowohl am Umfang wie· seitlich aus.

Es ist augenscheinlich, daß die mittlere Linie des Rückdruckes des Dampfes gegen die Schaufeln näher an den Enden der Schaufeln liegt als bei den achsial beaufschlagten Schaufeln gewöhnlicher Form, bei welchen als mittlere wirkliche Schaufelgeschwindigkeit die angenommen wird, welche in der mitt- ! leren Höhe herrscht. Bei der \-orliegenden neuen Schaufelform dagegen liegen infolge des Umfangsaustrittes die Mitten aller Dampfdrucke näher dem Rande jeder Schaufel und j infolgedessen ist auch die wirkliche Schaufelgeschwindigkeit größer. Wie vorher dargelegt wurde, ist die wirkliche Schaufelgeschwindigkeit dann, wenn der Dampf ganz am Umfang austritt, die Umfangsgeschwindigkeit der Außenkanten der Schaufel.

Da durch Verbreiterung der Schaufeln aus-■ reichende Austrittsquerschnitte erhalten werden können, so können die Austrittskanten so gestaltet werden, daß der Austritt des Dampfes unter einem kleinen Winkel erfolgt, wodurch der Wirkungsgrad der Schaufel erhöht wird.

Die Schaufeln 18 können an dem Läufer 10 in irgendeiner geeigneten Weise, beispielsweise mittels Schwalbenschwänzen, befestigt werden, und gewünschtenfalls können Füße 21 vorgesehen werden, die eine weitere Befestigung der Schaufeln an dem Läufer mittels Schrauben 22 ergeben.

Die Abb. 5 und 6 zeigen Schaufeln von verhältnismäßig großer Breite 25 in einer abgeänderten Ausführungsform, bei der der Dampf am Umfang austritt, wodurch entsprechend die wirkliche Schaufelgeschwindigkeit gleich der Kantengeschwindigkeit wird. Jede Schaufel besteht vorteilhafterweise aus einem hakenförmigen Teil 26 (Abb. 9) und einem radialen inneren Teil zj, der am Läufer 10 in geeigneter Weise befestigt wird, beispielsweise durch die Schwalbenschwänze 28, wie aus Abb. 9 ersichtlich. Die Schaufeln 25 sind mit gekrümmten Rippen 30 versehen, welche sowohl zur Versteifung dienen als auch die Richtungsänderung des Dampf stromes aus der achsialen Richtung in die radiale begünstigen.

Die Endkanten der Schaufeln sind durch Verschlußscheiben 31 in Abb. 5 und 37 in Abb. 6 abgedeckt. Diese Verschlußscheiben sind an dem Läufer in geeigneter Weise befestigt, beispielsweise durch Feder und Nut 31'. Sie können außerdem noch an den Außenrändern der Schaufeln befestigt sein. Beim Arbeiten verstärken die Schaufeln 25 und die Abschlußscheiben 31, 2>7 sich gegenseitig, und dies gilt besonders dann, wenn die Abschlußscheibe auf der anderen Seite noch die Schaufeln einer Rückwärtsturbine trägt. An den Abschlußscheiben 31, 37 können nämlich radial beaufschlagte Rückwärtsstufen angebracht sein.

Abb. 5 zeigt eine doppelte Gruppe von radial beaufschlagten Rückwärtskränzen mit Geschwindigkeitsstufen, bestehend aus konzen-

trischen Schaufelkränzen 32, 33, 34 und der Düse 35. Es ist zu bemerken, daß Fliehkraftmomente, welche aus den unausgeglichenen Massen der Laufschaufelgruppen 32 und 33 j entstehen könnten, durch die Schaufeln 25 un- ' schädlich gemacht werden können, indem \ •diese als Stützen auf der anderen Seite derj Scheibe 31 wirken.

In den Abb. 6, 7 und 8 ist die Ausführung die gleiche wie bei Abb. 5, soweit es den Vorwärtsabschnitt angeht, nur der Rückwärtsabschnitt ist abgeändert. Abb. 6 zeigt eine Ausführung, bestehend aus nur einer Gruppe schräger Druckschaufeln 38, die radial an der einen Seite der Abschlußscheiben 37 angeordnet sind, mit denen Düse 39 und Umkehr- '■ kanäle 40 zusammenwirken (Abb. 7). Der Weg des Dampfes ist aus dem Schema der Abb. 8 zu ersehen, wo die Pfeile die Riehtung der Dampfströmung von der Düse durch eine Laufschaufel, von dieser in einen Umkehrkanal und aus diesem in eine andere Laufschaufel bezeichnen.

Aus der vorstehenden Beschreibung ist die Arbeitsweise der Turbine nach der Erfindung ohne weiteres verständlich. Das Treibmittel, insbesondere also der Dampf, expandiert und strömt in achsialer Richtung durch alle Stufen mit Ausnahme der letzten des Niederdruckteiles, wo seine Richtung geändert wird, indem der bis dahin in achsialer Richtung strömende Dampf zuletzt in radialer Richtung expandiert und am Umfang oder am Umfang und seitlich austritt.

Abb. 10 zeigt schematisch die neue Schaufel 47 als Schaufel gleicher Festigkeit vom Fuß zum Kopf verjüngt. Die Laufschaufeln

45 lassen den Dampf nach den Leitschaufeln

46 entströmen, die den breiten Laufschaufeln 47 vorgeschaltet sind.

Ein anderer Vorteil der Schaufeln gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Möglichkeit, große Turbineneinheiten zu bauen. Bekanntlich setzt die Fliehkraft der Schaufelhöhe eine Grenze, und deshalb müssen die Schaufeln große Austrittswinkel bekommen, wenn sie große Niederdruckdampfmenge bewältigen sollen. Es wird daher der Austrittsquerschnitt bei den bekannten Schaufeln beschränkt, und dieser Umstand beschränkt praktisch die Größe einer Turbineneinheit. Demgegenüber kann bei der neuen Schaufelform wegen des Umfangsaustritts die Schaufelbreite so gemacht werden, daß der Austrittsquerschnitt gleich dem Querschnitt an den Einlaßkanten der Schaufel ist.

Die neue Verschaufelung kann auch an den Niederdruckenden einer Doppelstromturbine angewendet werden. Ebenso kann die Schaufel gemäß der Erfindung bei Radialturbinen angewendet werden, wie schematisch die Abb. zeigt, wobei der Dampf zwischen die Schaufeln des Leitschaufelträgers b und des Laufrades c bei d nahe der Turbinenwelle a eintritt und außen und seitlich aus den breiten letzten Schaufeln e austritt.

Claims (6)

Patent-Ansprüche:

1. Mehrstufige Dampf- oder Gasturbine mit in gleicher Hauptrichtung fließendem Treibmittel, dadurch gekennzeichnet, daß die letzte Stufe einen Kranz von Schaufeln enthält, denen das Druckmittel in der gleichen Hauptrichtung zuströmt wie den vorhergehenden Stufen, und denen aber das Treibmittel ganz oder teilweise in einer davon verschiedenen Richtung abströmt.

2. Turbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßkante der letzten Schaufeln senkrecht oder annähemd senkrecht zu der Einlaßkante verläuft.

3. Achsialturbine nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vergrößerung des Dampfaustrittsquerschnittes unter Wahrung eines verhältnismäßig kleinen Austrittswinkels die Laufschaufeln des letzten Schaufelkranzes im wesentlichen radiale Eintrittskanten haben, aber so geformt sind, daß sie den durchströmenden Dampf entweder nur in der Umfangsrichtung oder teilweise in achsialer und teilweise in radialer Richtung ausströmen lassen.

4. Turbine nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß behufs Erzie* lung möglichst kleiner Austrittswinkel die Schaufeln des letzten Turbinenrades sowohl radial als auch achsial gekrümmt sind.

5. Turbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln des letzten Turbinenrades mit Führungen versehen sind, welche den Richtungswechsel des Dampfes von der Eintrittsstelle zu den Austrittskanten unterstützen.

6. Achsialturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschaufelung der letzten Stufe, welcher der Dampf in achsialer Richtung zugeführt und von welcher er radial abgeführt wird, an den Außenkanten eine Scheibe (31, 37) trägt, an denen ein oder mehrere Schaufelkränze einer Rückwärtsturbine angebracht sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.